CN109167527B - 一种基于移幅载波的五电平中点电容电压控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于移幅载波的五电平中点电容电压控制方法；包括：101、对输入的三相电压矢量做标幺处理，获得等效三相调制矢量uaub、uc和四个区间；102、采集五电平中点电容电压un，将un与母线电压的一半比较得到变量N；103、分别获取三相调制矢量ua、ub和uc瞬时值Va、Vb和Vc与和区间上、下边界最小差值和104、根据变量N以及上、下边界最小差值获取修正后的三相电压；105、根据修正后的三相电压生成三相PWM信号控制五电平逆变器使五电平中点电容电压un保持稳定；本发明方空间矢量区域划分简单，计算量小，计算时间短，且电压控制平稳保证电力电子设备在全范围内稳定，具有鲁棒性强的特点。

Description

一种基于移幅载波的五电平中点电容电压控制方法
技术领域
本发明属于电力电子与电力传动领域，具体涉及一种基于移幅载波的五电平中点电容电压控制方法。
背景技术
日前，多电平调制技术广泛应用于大功率场合，多电平逆变器会使输出电流更加正弦化，谐波含量低，开关损耗小。但随着电平数的增多，空间矢量脉宽调制(Space VectorPulse Width Modulation，简称SVPWM)会使得开关序列冗余矢量大大增加；此外，传统控制方式空间实力区域划分的难度较大，使用SVPWM会使得计算矢量计算时间相当复杂，电容平衡算法就更为复杂。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种基于移幅载波的五电平中点电容电压控制方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
101、对输入的三相电压矢量做标幺处理，获得等效的A相调制矢量ua、B相调制矢量ub、C相调制矢量uc，将-1到1连续等分得到四个区间；
102、采集五电平中点电容电压un，将采集的五电平中点电容电压un的瞬时值与五电平的母线电压Vd/2比较得到变量N；
103、分别获取A相调制矢量ua、B相调制矢量ub和C相调制矢量uc的瞬时值Va、Vb和Vc所属的区间和所属区间的上边界和下边界的差值，从上边界差值中获取所属区间的上边界最小差值和，从下边界差值中获取下边界最小差值
104、根据变量N、上边界最小差值和下边界最小差值对ua、ub和uc进行修正获取修正后的调制波u″a、u″b和u″c；
105、将修正后的调制波u″a、u″b和u″c分别与载波进行比较生成三相PWM信号，通过三相PWM信号控制五电平逆变器以使五电平中点电容电压un保持稳定；
其中，标幺处理基值为Vd为五电平的母线电压，A相调制矢量ua、B相调制矢量ub和C相调制矢量uc的幅值均为1。
可选地，在步骤101中，所述四个区间包括：
第一区间、第二区间、第三区间和第四区间；
第一区间为-1至-0.5之间，第一区间的上边界是-0.5，下边界是-1；
第二区间为-0.5至0之间，第二区间的上边界是0，下边界是-0.5；
第三区间为0至0.5之间，第三区间的上边界是0.5，下边界是0；
第四区间为0.5至1之间，第四区间的上边界是1，下边界是0.5。
可选地，在步骤102中包括：
若采集的五电平中点电容电压un的瞬时值大于Vd/2则N＝0；否则N＝1。
可选地，在步骤103中，包括：
第一差值、第二差值、第三差值、第四差值、第五差值和第六差值；
第一差值为Va与所属区间的上边界的差的绝对值；
第二差值为Va与所属区间的下边界的差的绝对值；
第三差值为Vb与所属区间的上边界的差的绝对值；
第四差值为Vb与所属区间的下边界的差的绝对值；
第五差值为Vc与所属区间的上边界的差的绝对值；
第六差值为Vc与所属区间的下边界的差的绝对值；
将第一差值、第三差值和第五差值中数值最小的作为上边界最小差值将第二差值、第四差值和第六差值中数值最小的作为下边界最小差值
可选地，在步骤104中包括：
若变量N＝1，则将为Va、Vb和Vc分别与上边界最小差值相加作为修正后的三相参考电压；
若变量N＝0，则将为Va、Vb和Vc分别与下边界最小差值相减作为修正后的三相参考电压。
可选地，在步骤105中所述载波为四列分别在四个区间内震荡的三角波。
可选地，
B相调制矢量ub的相位滞后于A相调制矢量的相位120°，C相调制矢量uc的相位超前于A相调制矢量ua的相位120°。
可选地，A相调制矢量ua、B相调制矢量ub和C相调制矢量uc的频率的最大值均为50HZ。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明方法空间矢量区域划分简单，计算量小，计算时间短，且电压控制平稳保证电力电子设备在全范围内稳定，具有鲁棒性强的特点。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种五电平中点电压控制方法流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种五电平中点电压控制方法整体结构图；
图3为本发明一实施例提供的三相电压矢量和三角载波的位置示意图；
图4为本发明一实施例提供的三相电压和三角波进行比较示意图；
图5为本发明一实施提供的三相误差进行比较大小示意图；
图6为本发明一实施例提供的变量根据N获取修正的调制波的方法示意图；
图7为本发明实施例提供的输出的五电平中点电容电压随时间变化的示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例(一)
如图1所示，本实施提供了一种基于移幅载波SWPM的ANPC五电平中点电容电压的控制方法，如图2所示，将三相电压矢量作为输入，具体步骤包括：
101、对输入的三相电压矢量做标幺处理，获得等效的A相调制矢量ua、B相调制矢量ub、C相调制矢量uc，将-1到1连续等分得到四个区间；其中，标幺处理基值为Vd为五电平的母线电压。
举例来说，如图3所示，A相调制矢量ua、B相调制矢量ub和C相调制矢量uc的幅值均为1；B相调制矢量ub的相位滞后于A相调制矢量ua的相位120°，C相调制矢量uc的相位超前于A相调制矢量ua的相位120°；具体地，在本实施例，A相调制矢量ua、B相调制矢量ub和C相调制矢量uc的频率均为50HZ；
在具体实施过程中，本实施例将-1-1分成以下四个区间，其中四个区间包括：第一区间、第二区间、第三区间和第四区间；
第一区间为-1至-0.5之间，第一区间的上边界是-0.5，下边界是-1；
第二区间为-0.5至0之间，第二区间的上边界是0，下边界是-0.5；
第三区间为0至0.5之间，第三区间的上边界是0.5，下边界是0；
第四区间为0.5至1之间，第四区间的上边界是1，下边界是0.5。
102、采集五电平中点电容电压un，将采集的五电平中点电容电压un的瞬时值与五电平的母线电压Vd/2比较得到变量N；
特别的，在本实施例中使用电压传感器采集五电平中点电容电压；
若采集的五电平中点电容电压un的瞬时值大于Vd/2则N＝0；否则N＝1。
本实施例仅给定变量N等于1或0仅用于区分两种情况举例说明；
103、分别获取A相调制矢量ua、B相调制矢量ub和C相调制矢量uc的瞬时值Va、Vb和Vc所属的区间和所属区间的上边界和下边界的差值，从所述差值中选择的所属区间的上边界最小差值和下边界最小差值
举例来说，如图5所示，获取的差值包括：第一差值、第二差值、第三差值、第四差值、第五差值和第六差值；
第一差值为Va与所属区间的上边界的差的绝对值；
第二差值为Va与所属区间的下边界的差的绝对值；
第三差值为Vb与所属区间的上边界的差的绝对值；
第四差值为Vb与所属区间的下边界的差的绝对值；
第五差值为Vc与所属区间的上边界的差的绝对值；
第六差值为Vc与所属区间的下边界的差的绝对值；
具体的，本实施例中采用排序法，将第一差值、第三差值和第五差值中数值最小的作为上边界最小差值将第二差值、第四差值和第六差值中数值最小的作为下边界最小差值
104、根据变量N、上边界最小差值和下边界最小差值对ua、ub和uc进行修正获取修正后的调制波u″a、u″b和u″c；
具体的，如图6所示在本实施例中，若变量N＝1，则将为Va、Vb和Vc分别与上边界最小差值相加作为修正后的三相参考电压；
若变量N＝0，则将为Va、Vb和Vc分别与下边界最小差值相减作为修正后的三相参考电压。
105、将修正后的调制波u″a、u″b和u″c与载波进行比较生成三相PWM信号，通过三相PWM信号控制五电平逆变器以使五电平中点电容电压un保持稳定；
具体的，举例来说，如图4所示，本实施例采用四列分别在四个区间内震荡的三角波；将上述四列三角波与修正后的调制波u″a、u″b和u″c进行对比，进步的获取用于驱动五电平逆变器开关的三相PWM信号，以使得五电平中点电容电压维持稳定。
实施例(二)
本实施例中，预设五电平中点电容电压为270V，采用实施例一的方案对五电平中点电容电压进行控制，采集并分析五电平中点电容电压的数值；
具体地，举例来说，如图7所示，本实施例采集的五电平中点电容电压设定为270V，最大误差为0.7V,可以看过本采用本发明方法控制输出的五电平中点电容电压稳定。
本发明方法空间矢量区域划分简单，计算量小，计算时间短，且电压控制平稳保证电力电子设备在全范围内稳定，具有鲁棒性强的特点。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于移幅载波的五电平中点电容电压控制方法，其特征在于，包括：
101、对输入的三相调制电压矢量做标幺处理，获得等效的A相调制矢量ua、B相调制矢量ub、C相调制矢量uc，将-1到1连续等分得到四个区间；
102、采集五电平中点电容电压un，将采集的五电平中点电容电压un的瞬时值与五电平的母线电压Vd/2比较得到变量N；
103、分别获取A相调制矢量ua、B相调制矢量ub和C相调制矢量uc的瞬时值Va、Vb和Vc所属的区间，其中，分别以Va、Vb、Vc与各自所属区间上边界的差值作为上边界差值，分别以Va、Vb、Vc与各自所属区间下边界的差值作为下边界差值，从上边界差值中获取上边界最小差值并从下边界差值中获取下边界最小差值
104、根据变量N、上边界最小差值和下边界最小差值对ua、ub和uc进行修正获取修正后的调制波u″a、u″b和u″c；
105、将修正后的调制波u″a、u″b和u″c分别与载波进行比较生成三相PWM信号，通过三相PWM信号控制五电平逆变器以使五电平中点电容电压un保持稳定；
其中，标幺处理基值为Vd为五电平逆变器的母线电压，A相调制矢量ua、B相调制矢量ub和C相调制矢量uc的幅值均为1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤101中，所述四个区间包括：
第一区间、第二区间、第三区间和第四区间；
第一区间为-1至-0.5之间，第一区间的上边界是-0.5，下边界是-1；
第二区间为-0.5至0之间，第二区间的上边界是0，下边界是-0.5；
第三区间为0至0.5之间，第三区间的上边界是0.5，下边界是0；
第四区间为0.5至1之间，第四区间的上边界是1，下边界是0.5。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤102中包括：
若采集的五电平中点电容电压un的瞬时值大于Vd/2则N＝0；否则N＝1。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤103中，包括：
第一差值、第二差值、第三差值、第四差值、第五差值和第六差值；
第一差值为Va与所属区间的上边界的差的绝对值；
第二差值为Va与所属区间的下边界的差的绝对值；
第三差值为Vb与所属区间的上边界的差的绝对值；
第四差值为Vb与所属区间的下边界的差的绝对值；
第五差值为Vc与所属区间的上边界的差的绝对值；
第六差值为Vc与所属区间的下边界的差的绝对值；
将第一差值、第三差值和第五差值中数值最小的作为上边界最小差值将第二差值、第四差值和第六差值中数值最小的作为下边界最小差值
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤104中包括：
若变量N＝1，则将为Va、Vb和Vc分别与上边界最小差值相加作为修正后的调制波；
若变量N＝0，则将为Va、Vb和Vc分别与下边界最小差值相减作为修正后的调制波。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤105中所述载波为四列分别在四个区间内震荡的三角波。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
B相调制矢量ub的相位滞后于A相调制矢量ua的相位120°，C相调制矢量uc的相位超前于A相调制矢量ua的相位120°。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
A相调制矢量ua、B相调制矢量ub和C相调制矢量uc的频率的最大值均为50HZ。
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